化工原理期末复习题答案要点

化工原理2学习要求

第7章传质与分离过程概论

1、掌握平衡分离与速率分离的概念（基本原理）及各自有哪些主要类型。

平衡分离：借助分离媒介（热能、溶解、吸附齐使均相混合物变为两相，两相中，各组分达到某种平衡,

以各组分在处于平衡的两相中分配关系的差异为依据实现分离。

主要类型：（1）气液传质过程（2）汽液传质过程（3）液液传质过程（4）液固传质过程（5）气固传质过

程

速率分离：借助推动力（压力、温度、点位差）的作用，利用各组扩散速度的差异，实现分离。

主要类型：（1）膜分离：超滤、反渗透、渗析、电渗析（2）场分离：电泳、热扩散、高梯度磁场分离

2、掌握质量传递的两者方式（分子扩散和对流扩散）。

分子扩散：由于分子的无规则热运动而形成的物质传递现象一一分子传质。

对流扩散：运动流体与固体表面之间，或两个有限互溶的运动流体之间的质量传递过程一对流传质

3、理解双膜理论（双膜模型）的论点（原理）。

（1）相互接触的两流体间存在着稳定的相界面，界面两侧各存在着一个很薄（等效厚度分别为a和a）的

流体膜层（气膜和液膜）。溶质以分子扩散方式通过此两膜层。

（2）溶质在相界面处的浓度处于相平衡状态。无传质阻力。

（3）在膜层以外的两相主流区由于流体湍动剧烈，传质速率高，传质阻力可以忽略不计，相际的传质阻力

集中在两个膜层内。

4、理解对传质设备的性能要求、掌握典型传质设备类型及各自的主要特点。

性能要求：

单位体积中，两相的接触面积应尽可能大

两相分布均匀，避免或抑制沟流、短路及返混等现象发生

流体的通量大，单位设备体积的处理量大

流动阻力小，运转时动力消耗低

操作弹性大，对物料的适应性强

结构简单，造价低廉，操作调节方便，运行安全可靠

第8章吸收

1、掌握吸收的概念、基本原理、推动力，了解吸收的用途。

吸收概念：使混合气体与适当的液体接触，气体中的一个或几个组分便溶解于液体内而形成溶液，

于是原混合气体的组分得以分离。这种利用各组组分溶解度不同而分离气体混合物的操作称为吸收。

吸收的基本原理：当气相中溶质的实际分压高于与液相成平衡的溶质分压时，溶质便由气相向液相转

移，即吸收。利用混合气体中各组分在液体中溶解度差异，使某些易溶组分进入液相形成溶液，不溶或难

溶组分仍留在气相，从而实现混合气体的分离。

吸收的推动力:气体吸收是混合气体中某些组分在气液相界面上溶解、在气相和液相内由浓度差推动

的传质过程。

2、掌握吸收剂、吸收液、解吸（脱吸）、物理吸收、化学吸收的概念。

吸收剂：吸收操作中所用的溶剂，以S表示。

吸收液（溶液）：吸收操作后得到的溶液，主要成分为溶剂S和溶质A。

解吸或脱吸：与吸收相反的过程，即溶质从液相中分离而转移到气相的过程。

物理吸收：吸收过程溶质与溶剂不发生显著的化学反应，可视为单纯的气体溶解于液相的过程。如用水吸

收二氧化碳、用水吸收乙醇或丙醇蒸汽、用洗油吸收芳煌等。

化学吸收：溶质与溶剂有显著的化学反应发生。如用氢氧化钠或碳酸钠溶液吸收二氧化碳、用稀硫酸吸收

氨等过程。化学反应能大大提高单位体积液体所能吸收的气体量并加快吸收速率。但溶液解吸再生较难。

3、理解相平衡关系在吸收中的应用，掌握温度和压力对吸收及解吸的影响。

应用：

1）判断传质的方向2）确定传质的推动力3）指明传质进行的极限

4、了解亨利定律的表达式及物理意义。

l）p-x关系：若溶质在气、液相中的组成分别以分压0、摩尔分数x表示，亨利定律为：p*=Ex（E—亨利

系数，kPa）

2）p-c关系：若溶质在气、液相中的组成分别以分压p、摩尔浓度c（kmol/m'）表示，亨利定律为：p*=c/H

（H—溶解度系数，kmol/（m3•kPa））

3）y-x关系：若溶质在气、液相中的组成分别以摩尔分数八x表示，亨利定律为：y*=mx"相平

衡常数）

4）Y-1关系（摩尔比）Y*=mX

物理意义：用来描述稀溶液（或难溶气体）在一定温度下，当总压不高（通常不超过500kP）时，互成平衡

的气液两相组成间的关系。

5、掌握液气比的概念，其大小对吸收操作有何影响，若何确定（吸收剂用量）？

液气比：塔内任一横截面上的气相组成Y与液相组成X成线性关系，直线的斜率qnj/q”，称为液气比。

在吸收塔的计算中，通常气体处理量是已知的，而吸收剂的用量需通过工艺计算来确定。在气量一定

的情况下，确定吸收剂的用量也即确定液气比qn,L/q%v,液气比qn,L/qn,v的确定方法是，先求出吸收

过程的最小液气比（qn,L/qn,v）min,然后再根据工程经验，确定适宜（操作）液气比。

处理量Qn,V一定

动力|操作

消耗II

推动।填料层设备

力费用

6、理解填料塔的基本结构、工作原理及特点。

特点：

1.填料塔的流体力学性能

1）填料层的持液量血'液体/m填料）：填料层的持液量是指在一定操作的条件下，在单位体积填料层内

所积存的液体体积。

2）填料层的压降：填料层的压降形成一液膜与填料表面的摩擦、液膜与上升气体的摩擦

2.填料塔的操作特性

1）填料塔内的气液分布

2）液体喷淋密度与填料表面的润湿

3）液泛：在泛点气速下，持液量的增多使液相由分散相变为连续相，而气相则由连续相变为分散相，此时

气体呈气泡形式通过液层，气流出现脉动，液体被带出塔顶，塔的操作极不稳定，甚至被破坏，此种情况

称为液泛。

4）填料塔的返混

基本原理（无）

基本结构：

1.塔壳体；

2.液体分布器；

3.填料压板；

4,填料；

5：液体说分布器;

6.填料支承板。

7、掌握填料特性参数（比表面、空隙率、填料因子）的定义，了解常见填料形状类型。

（1）比表面积：单位体积填料层的表面积称为比表面积，以为表示，其单位为m7m%

⑵空隙率：单位体积填料层的空隙体积称为空隙率，以e表示，其单位为m7nf,或以%表示。

⑶填料因子：填料的比表面积与空隙率三次方的比值称为填料因子，以O表示，其单位为1/m。O=a"

3

£

1.散装填料

（1）环形填料：拉西环、鲍尔环、阶梯环、扁环

⑵鞍形填料与环鞍形填料：弧鞍填料、矩鞍填料、金属环矩鞍填料

⑶球形填料与花环填料：多面球填料、TRI球形填料、花环填料、共物环填料、海尔环填料、纳特环填料、

塑料异型环矩鞍填料

2.规整填料

（1）格栅填料：木格栅填料、格里奇格栅填料

（2）波纹填料：金属孔板波纹填料、金属丝网波纹填料、陶瓷板波纹填料、塑料板波纹填料

第9章蒸镭学习要求

1、掌握蒸播的特点、分类及原理。

蒸储：利用液体混合物中各组分挥发性的差异，以热能为媒介使其部分气化，从而在气相富集轻组分（易挥

发组分），液相富集重组分（难挥发组分），使液体混合物得以分离的方法。

（1）按蒸播方式分

简单蒸储或平衡蒸储:，一般用在混合物各组分挥发性相差大，对组分分离程度要求又不高的情况下。

精储：在混合物组分分离纯度要求很高时采用。

特殊精镭：混合物中各组分挥发性相差很小，或形成恒沸液（azeotrope）,难以或不能用普通精储加以分

离时，借助某些特殊手段进行的精储。

（2）按操作流程分

间歇精储：多用于小批量生产或某些有特殊要求的场合。

连续精储：多用于大批量工业生产中。

2、理解简单的蒸储操作流程，原理及产品浓度特点。

简单蒸储也称微分蒸储，为持续加热，逐渐蒸僧的过程，是间歇非稳态操作。加入蒸儡釜的原料液持续吸

热沸腾气化，产生的蒸气由釜顶连续引入冷凝器得储出液产品。

釜内任一时刻的气、液两相组成互成平衡。蒸储过程中系统的温度和气、液相组成均随时间改变。任一时

刻，易挥发组分在蒸气中的含量y始终大于剩余在釜内的液相中的含量x,釜内组分含量x由原料的初

始组成xF-沿泡点线不断下降直至终止蒸播时组成xE,釜内溶液的沸点温度不断升高，蒸气相组成y也

随之沿露点线不断降低。

3、掌握恒沸混合液，理解相平衡常数、挥发度，相对挥发度的概念。

恒沸液：平衡时气相和液相组成相同，相图中气相线和液相线重合。

相平衡常数：精镭计算中，通常用Ki表示i组分的相平衡常数，其定义为：

式中yi和xi分别表示i组分在互为平衡的气、液两相中的摩尔分数。对于易挥发组分，Ki>1,即yi>

xi。Ki并非常数，当p一定时，Ki随温度而变化。Ki值越大，组分在气、液两相中的摩尔分数相差越

大，分离也越容易。

挥发度：（ppt）溶液中各组份的挥发性由挥发度来衡量，其定义为组分在气相中的平衡蒸气压（分压）

与在液相中的摩尔分数的比值。对双组分物系„„

相对挥发度：（书）习惯上，用易挥发组分的挥发度与难挥发组力刑限度木衣不工笳

挥发度。以a表示,即a」=PAK

/PB/XB

4、掌握精储分离原理（用T-x-y图分析）和精镭操作连续进行的必要条件。

在一定压力下，将混合蒸气进行连续部分冷凝，蒸气相的组成沿t-x（y）相图的露点线变化，结果可得到

难挥发组分（重组分）含量很低而易挥发组分（轻组分）摩尔分数y很高的蒸气。精储过程正是这二者的

有机结合。

%>%>乂

A

x(y)

混合蒸汽多次部分冷凝，得到纯度高的易挥发组分（汽）o

混合液多次部分蒸发，得到纯度高的难挥发组分（液）。

设有1、2、3三釜，每釜部分气化，则有：

xl<x2<x3yl<y2<y3tl>t2>t3

即釜数越多则顶上产品越纯。

缺点：收率低，能耗大。

为此：（1）去掉冷凝器（2）从上到下引入回流

利用下一釜的高温蒸气与上一釜的低温液体混合，发生质热交换，在每一釜中都实现部分气化和部分冷凝。

----精镭塔原理

5、理解精镭操作流程，精储段，提储段的概念及作用。

原料液经预热器加热到指定温度后，送入精镭塔的进料板，在进料板上与自塔上部下降的回流液体汇合后,

逐板溢流，最后流入塔底再沸器中。在每层板上，回流液体与上升蒸气互相接触，进行热和质的传递过程。

操作时，连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品（釜残液），部分液体汽化，产生上升蒸气，依次通

过各层塔板。塔顶蒸气浸入冷凝器中被全部冷凝，并将部分冷凝液用泵送回塔顶作为回流液体，其余部分

经冷却器后被送出作为塔顶产品（镭出液）。塔顶回流和塔底再沸器产生上升蒸汽是精储得以连续稳定操

作的两个必要条件。

精储段一加料板以上的塔段

气相中的重组分向液相（回流液）传递，而液相中的轻组分向气相传递，从而完成上升蒸气的精制。

提储段一加料板以下的塔段

下降液体（包括回流液和料液中的液体部分）中的轻组分向气相（回流）传递，而气相中的重组分向液

相传递，从而完成下降液体重组分的提浓。

塔顶产品.X。

（馈出液）

天

一4液相回流

一

天

一

一

十

•

二

♦-4T-

再拂器

am

塔底产品,均1-HM2-4M3-ttt♦冷即•

6、理解精偏物料衡算原理和方法，掌握进料的五种热状态类型，理解其对精储操作的影响。

见教材,哈哈哈P101-104

7、掌握回流比的概念、对精储塔理论板数的影响及适宜回流比的选择方法。

回流比：用R表示，R=回流量/塔顶产品量=L/D,回流比是精储过程计算不可缺的重要参数，塔所需的理论

板数，塔顶冷凝器和塔釜再沸器的热负荷均与回流比有关。精僧过程的投资费用和操作费用都取决于回流

比的值。

回流比对理论板数的影响：全回流时操作线和平衡线的距离为最远，传质推动力最大，达到分离程度所需

的理论板数层数为最少。对于一定的分离任务，若减小操作回流比，则精储段操作线的斜率变小，截距变

大，两段操作线向平衡线靠近，气液两相间的传质推动力减小，达到指定分离程度所需理论板数将增多。

回流比的选择：选择适宜的回流比需进行经济权衡，根据生产实践经验，取7?=（l.l~2.O）7?min

统计表明，实际生产中的操作回流比以下列范围使用较多：,、

8、理解理论塔板的概念、塔板效率的概念。7?=（1.6-1.9）7?^

塔板效率（板效率）表征的是实际塔板的分离效果接近理论板的程度。单板效率与全塔板效率是常用的两

种表示方法。

所谓理论板应满足如下条件：离开这种板的气液相互成平衡，温度相等；塔板上各处的液相组成均匀一致。

9、理解用作图法求精储塔理论塔板数的原理及作图的方法步骤。

图解法又称麦克布一蒂利法，简称T法。图解法以逐板计算法的基本原理为基础，在x-y图上，利用平

衡曲线和操作线代替平衡方程和操作线方程，用简便的画阶梯方法求解理论板层数。图解法简明清晰，便

于分析影响因素，因而在两组分精镭计算中得到广泛应用，但该法准确性较差。

图解法的具体步骤如下：

(1)在x-y坐标上作出平衡曲线与对角线

(2)在x-y相图上作出操作线

(3)进料热状况对q线及操作线的影响

(4)梯级图解法确定理论板层数

10、了解板式塔的基本结构、工作原理及主要类型名称，理解泡罩塔、筛板塔、浮阀塔的基本结构、工作

原理及特点。

泡罩塔：结构：泡罩塔板是工业上应用最早(1813年)的塔板，它由升气管及泡罩构成。泡罩安装在升气

管的顶部，分圆形和条形两种，以前者使用较广。泡罩有帕0、M00和<|>150inm三种尺寸，可根据塔径大小

选择。泡罩下部周边开有很多齿缝，齿缝一般为三角形、矩形或梯形。泡罩在塔板上为正三角形排列。

工作原理：操作时，上升气体通过齿缝进入液层时，被分散成许多细小的气泡或流股，在板上形成了鼓泡

层和泡沫层，为气、液两相提供了大量的传质界面。

特点：

优点：操作弹性适中，塔板不易堵塞缺点：生产能力及板效率较低，结构复杂、造价高

筛板塔：

结构：筛孔塔板简称筛板，其结构特点是在塔板上开有许多均匀小孔，孔径一般为3〜8mm。筛孔在塔板上

为正三角形排列。塔板上设置溢流堰，使板上能保持一定厚度的液层。

原理：在正常的操作流速下，通过筛孔上升的气流，应能阻止液体经筛孔向下泄露。

特点：

优点：结构简单、造价低，生产能力大，板上液面落差小，气体压降低，塔板效率较高

缺点：操作弹性小，筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、黏度大的物料

浮阀塔：

结构：浮阀塔板的结构特点是在塔板上开有若干个阀孔，每个阀孔装有一个可上下浮动的阀片，阀片本身

连有几个阀腿，插入阀孔后将阀腿底脚拨转90。，以限制阀片升起的最大高度，并防止阀片被气体吹走。

阀片周边冲出几个略向下弯的定距片，当气速很低时，由于定距片的作用，阀片与塔板呈点接触而坐落在

阀孔上，可防止阀片与板面的粘结。

原理：操作时，由阀孔上升的气流，经过阀片与塔板间的间隙而与板上横流的液体接触。浮阀开度随气体

负荷而变。当气量很小时，气体仍能通过静止开度的缝隙而鼓泡。

特点：

优工：结构简单、造价低，操作弹性大，生产能力大，塔板效率较高

缺点：处理易结焦、高黏度物料阀片易与塔板粘结，操作时阀片易脱落或卡死

11、理解板式蒸储塔塔板负荷性能图的组成曲线，负荷性能图的作用。

塔板的负荷性能图I漏液线I

负荷性能图由以下五条线组成：

(1)漏液线图中线1为漏液线，又称气相负荷下限线。当操作的气相负荷低于此线时，将发生严重的漏

液现象，气液不能充分接触，使塔板效率下降。

(2)雾沫夹带线图中线2为雾沫夹带线，又称气相负荷上限线。如操作的气相负荷超过此线时，表明雾

沫夹带现象严重，使塔板效率急剧下降。

(3)液相负荷下限线图中线3为液相负荷下限线，若操作的液相负荷低于此线时，表明液体流量过低，

板上液流不能均匀分布，气液接触不良，易产生干吹、偏流等现象，导致塔板效率的下降。

(4)液相负荷上限线图中线4为液相负荷上限线，若操作的液相负荷高于此线时，表明液体流量过大，

此时液体在降液管内停留时间过短，进入降液管内的气泡来不及与液相分离而被带入下层塔板，造成

气相返混，使塔板效率下降。

(5)液泛线图中线5为液泛线，若操作的气流负荷超过此线时，塔内将发生液泛现象，使塔不能正常操

作。

负荷性能图的作用：

塔板负荷性能图在板式塔的设计及操作中具有重要意义。通常，当塔板设计后均要作出塔板

负荷性能图，以检验设计的合理性。对于操作中的板式塔，也需作出负荷性能图，以分析操

作状况是否合理。当板式塔操作出现问题时，通过塔板负荷性能图分析问题所在，为问题的

解决提供依据。

12、掌握板式塔的液泛、漏液的概念，理解产生原因及后果。

漏液：当上升气体流速减小，气体通过升气孔道的动压不足以阻止板上液体经孔道流下时，便会出现漏液

现象。

液泛：塔内若气、液两相之一的流量增大，使降液管内液体不能顺利流下，管内液体必然积累，当管内液

体提高到越过溢流堰顶部时，两板间液体相连，并依次上升，这种现象称为液泛，也称淹塔。

（漏液）原因：气速较小时，气体通过阀孔的速度压头小，不足以抵消塔板上液层的重力；气体在塔板上

的不均匀分布也是造成漏液的重要原因。

（漏液）后果：严重的漏液使塔板上不能形成液层，气液无法进行传热、传质，塔板将失去其基本功能。

液泛原因：夹带液泛：板间距过小，操作液量过大，上升气速过高时，过量液沫夹带量使板间充满气、液

混合物而引发的液泛。

溢流液泛：液体在降液管内受阻不能及时往下流动而在板上积累所致。

液泛后果：液泛使整个塔不能正常操作，甚至发生严重的设备事故，要特别注意防范。

13、了解影响塔板操作状况和分离效果的主要因素及塔的适宜操作范围。

1）、塔板上气、液两相的接触状态

从减小雾沫夹带考虑，大多数塔都控制在泡沫接触状态下操作。

2）、塔板压力降

进行塔板设计时，应全面考虑各种影响塔板效率的因素，在保证较高板效率的前提下，力求减小塔板压力

降，以降低能耗及改善塔的操作性能。

3）、液面落差

在塔板设计中，应尽量减小液面落差。

第10章液——液萃取学习要求

1、掌握液一一液萃取的操作原理、特点（用三角形坐标图及溶解度曲线进行分析说明），理解对萃取剂

的要求。

原理：在液体混合物中加入与其互不相溶的液体溶剂（萃取剂）形成液液两相，利用混合物中各组分在两

相中溶解度的差异而达到分离的目的。

萃取剂s料液A+B

萃取液E'

nr(A+B)

S

__________|萃余相R

B+A+s萃余液

混合槽R'

混合澄清槽(B+A)

萃取剂应满足以下要求：原溶液的溶质在萃取剂中的溶解度远大于在原溶液中的溶解度；萃取剂应与原溶

液中溶剂不互溶。

萃取剂：萃取过程中加入的溶剂，以S表示。萃取剂对溶质有较大的溶解能力，对于稀释剂则不互溶或部

分互溶。

操作特点：

（1）萃取过程本身并未完全完成分离任务，而只是将难于分离的混合物转变成易于分离的混合物，要得到

纯产品并回收溶剂，必须辅以精储（或蒸发）等操作。

（2）常温操作，适合于热敏物料分离

用三角形坐标图及溶解度曲线进行分析说明（教材）

2、理解萃取相、萃余相、萃取剂、萃取液、萃余液、分配系数、选择性系数概念。

萃取相E：萃取分离后，含萃取剂多的一相，主要由A+S构成。

萃余相R：萃取分离后，含稀释剂多的一相，主要由B+A构成。

萃取液E：从萃取相中回收S后得到的液体，主要由A组成。

萃余液R,：从萃余相R中回收S后得到的液体，主要由B组成。

分配系数K：是指溶质在互成平衡的萃取相和萃余相中的质量分率之比。

选择性系数B：是指萃取相中溶质与稀释剂的组成之比和萃余相中溶质与稀释剂的组成之比的比值。

3、掌握单级液一一液萃取的操作流程，试在三角形坐标图中表示单级萃取的过程及各相的位置。

操作流程：混合；沉降分离；脱除溶剂

a）三角形的三个顶点分别表示A、B、S三个纯组分。

b）三条边上的任一点代表某二元混合物的组成，不含第三组分。

E点：XA=0.4,As=0.6

c）二角形内任一点代表某三元混合物的组成。该点至某一顶点对边的距离，代表该顶点物质组分的多少。

M点：XA=0.4,As=0.3,Xs=0.3

4、理解三级错流式和逆流式萃取的操作流程图，各自的特点。

三级错流式：原料依次通过各级，新鲜溶剂则分别加入各级的混合槽中，萃取相和最后一级的萃余相分别进入

溶剂回收设备，回收溶剂后的萃取相称为萃取液（用E'表示）,回收溶剂后的萃余相称为萃余液（用R-表示）。

特点：萃取率比较高，但萃取剂用量比较大，溶剂回收处理量大，能耗大。

慧取剂

料液

萃余相

2多级逆流式：原料液和萃取剂依次按反方向通过各级，最终萃取相从加料一端排出，并引入溶剂回收设备中,

最终萃余相从加入萃取剂的一端排出，引入溶剂回收设备中。

特点：各级萃取推动力比较均匀，可用较少的萃取剂获得比较高的萃取率，工业上广泛采用。

萃余相

萃取相萃取剂

5、理解单级萃取的计算，了解多级错流式和逆流式萃取的图解作图法。

、单级萃取：（1）根据平衡数据作出溶解度曲线及辅助线。

（2）已知不，在AB边上定出F点，由萃取剂组成确定S。点。联结FS”代表原料液与萃取剂的混合

液M点必在FS。线上。

（3）由A（或X?）定出R点（若知R'点，连SR'线与溶解度曲线的交点即为R点）。再由R点

利用辅助曲线求出E点，则RE与FS。线的交点即为混合液的组成点M。

--溶剂比F+SQ=R+E=M

Fx+sREMX

Foys=&+%=M\

及、胸、XR、R、y'E可由相图读出。

f

s。=等*F=R'+E'FxF=RxR+EyE

E=M—）E，=尸（x尸一七）

yE~XRy£—XR

R_-Xj/）R，_尸O<g-x产）

r

-xKyE-4

6、理解溶剂比的概念，其大小对萃取有何影响，若何确定？

S。_同/

FWL—溶剂比。如图所示，在萃取过程中，当溶剂比减少时，操作线逐渐向分配曲

线靠拢，达到同样分离要求所需的理论级数逐渐增加，当溶剂比减少减少至一定值时，操作

线和分配曲线相切，此时类似于精储中的夹紧区，所需的理论级数无限多，此时的溶剂比称

为最小溶剂比（S/F）min,相应的萃取剂用量的最低限度以Smin表示，显然S为萃取操作中溶

剂用量的最低极限值，实际操作时的萃取及必须大于此极限值。适宜的溶剂用量应根据设备

费与操作费之和最小的原则确定，一般取为最小溶剂用量的LL2.0倍。即

S=(l.l-2.0)Smin.

7、掌握超临界流体的概念、定义；理解超临界流体的有关性质。了解超临界萃取的特点。

超临界流体性质：密度，黏度和自扩散系数是超临界流体的三个基本性质。超临界流体的密度接近于

液体，黏度接近于气体，而自扩散系数介于气体和液体之间，比液体答100倍左右，这意味着超临界流体

具有与液体相近的溶解能力，同时，超临界流体萃取时的传质速率将远大于其处于液态下的溶剂萃取速率

且能够很快地达到萃取平衡。

超临界流体有关性质：（1）超临界流体的性质：在稍高于临界温度的区域内，压强稍有变

化，就会引起流体密度很大变化。（2）超临界流体的传递性质：超临界流体密度接近液体，黏度接近气体，

具有与液体相近的溶解能力，同时其传质速率远大于液体溶剂并能很快达到萃取平衡。（3）超临界流体的

溶解能力：超临界流体的溶解能力c与密度有关，一般密度越大、溶解能力越大。综上所述，超临界流体

密度接近液体，黏度接近气体，具有与液体相近的溶解能力，同时其传质速率远大于液体溶剂，其密度对

压力和温度的变化非常敏感，从而其溶解能力也随压力和温度的变化发生敏感的变化。

8、掌握超临界流体萃取的基本原理、特点，掌握常见的3种典型流程。

原理：超临界萃取以高压、高密度的超临界流体为萃取剂，从液体或固体中提取高沸点或热敏性的有

用成分，以达到分离或纯化的目的。（超临界流体萃取包括萃取和分离两个阶段，在萃取阶段，超临界流

体从原料中萃取出所需组分，在分离阶段，通过改变某个参数或其他方法，使被萃取的组分从超临界流体

中分离出来，萃取剂则循环使用。）

常见的3个流程：

（1）等温变压流程：利用不同压力下超临界流体萃取能力（溶解度）的差异，通过改变压力使溶质与超

临界流体分离。

（2）等压变温流程：利用不同温度下超临界流体萃取能力（溶解度）的差异，通过改变温度，使溶质与超

临界流体分离。

（3）等温等压吸附流程：在分离器内放置仅吸附溶质而不吸附超临界流体的吸附剂，通过吸附剂过程来达

到溶质与超临界流体分离的目的。

超临界流体密度接近液体，黏度接近气体,具有与液体相近的溶解能力，同时其传质速率远大于液

体溶剂，其密度对压力和温度的变化非常敏感，从而其溶解能力也随压力和温度的变化发生敏感的变化。

超临界流体萃取定义：

流体（溶剂）在临界点附近某一区域（超过临界区）内，它与待分离混合物中的溶质具有异常相平衡

行为和传递性能、且它对溶质溶解能力随压力和温度改变而在相当宽的范围内变动这一特性而达到溶质分

离的技术。

超临界萃取萃取剂的选择

（1）超临界流体的溶解能力对不同的溶质是不同的，具有选择性，遵从相似相溶原则。一一萃取选择

性

（2）物理性质：性质稳定；适当的临界压力，以减少压缩费用；具有低的沸点，以利于从溶质分离；

（3）经济；

（4）无毒、无害。

特点：

超临界流体的密度与溶解能力接近于液体，而又保持了气体的传递特性，故传质速率高，可更快达到

萃取平衡；

操作条件接近临界点，压力、温度的微小变化都可改变超临界流体的密度与溶解能力，故溶质与溶剂

的分离容易，费用低；

超临界萃取具有萃取和精储的双重特性，可分离难分离物质；

超临界流体一般具有化学性质稳定、无毒无腐蚀性、萃取操作温度不高等特点，故特别适用于医药、

食品等工业；

超临界萃取一般在高压下进行，设备投资较大。

第11章物料干燥学习要求

1、理解干燥原理，为什么说干燥是传质、传热同时进行的过程？

干燥基本原理:温度为t、湿份分压为p的湿气体与湿物料的表面接触，当物料表面湿份分压大于主湿气

体湿份分压时，则存在传质推动力。在推动力（分压差）的作用下，湿份由物料表面向气流主体扩散而干

燥，气化需要能量，为此，需加热。

干燥介质：用来传递热量（载热体）和湿份（载湿体）的介质。

干燥是传质、传热同时进行的过程：在对流干燥过程中，热空气将热量传给热物料，使物料表面水分

汽化，汽化的空气又要被空气带走。所以，干燥介质过程既是载热体又是载湿体。是传质传热同时进行的

过程。

2、掌握湿空气的湿度，相对湿度，湿比热，水蒸气分压，干球温度，湿球温度，露点的概念及其相互关

系，掌握公式：

H=0.622续

P-（PPs

（1）湿度又称湿含量，为空气中水汽的质量与绝干空气体的质量之比。湿度只表示湿

空气中所含湿份的绝对数，不能反映气体偏离饱和状态的程度（气体的吸湿潜力）。

湿空气中水汽质量

湿空气中绝干气质量—ngMg

（2）相对湿度：一定的系统总压和温度下，气体中湿份蒸汽的分压与系统温度下湿份的

饱和蒸汽压Ps之比。（p值在0~1之间：q＞值越低，气体偏离饱和的程度越远，吸湿潜

力越大；（P=100%时，p=ps,气体被湿份蒸汽所饱和，不能再吸湿。

0="xlOO%

Ps

(3)湿比热：1kg绝干气体及所含湿份蒸汽温度升高1℃所需要的热量

cH=cgxl+cvxH./的绝干气体・℃)

式中：心一绝干气体的比热，J/(kg绝干气体•°C)；

CL湿份蒸汽的比热，J/(kg湿份蒸汽•℃)。

9)水蒸气分压：干空气和湿空气占有一定的体积并具有一定压强时，当水蒸气占有与干空气体积相同时所

受压力。

(5)干球温度：空气的真实温度为干球温度，简称温度，以t表示。

(6)湿球温度：空气传给水分的显热等于水分汽化所需的汽化热时，湿球温度计上的温度维持稳定，这种稳

定温度称为该湿空气的湿球温度，以t,表示。

(7)露点：将不饱和空气等湿冷却到饱和状态时的温度称露点，用图表示。

(8)绝热饱和温度：若两相有足够长的接触时间，最终空气为水汽所饱和，而温度降到与循环水温相同，

这种过程称为湿空气的绝热饱和冷却过程或等焙过程，达到稳定状态下的温度称为初始湿空气的绝热饱和

冷却温度，简称绝热饱和温度，以K表示。

(9)相互关系：干球温度t、湿球温度tw(或tas)、露点温度td间的关系：

不饱和湿空气：t>tw(或tas)>td

饱和湿空气：t=加(或tas)=td

绝热饱和温度心和湿球温度t“是两完全不同的概念，但两者均为空气初始温度和湿度H的函数，特别对

水蒸气一空气系统，两者在数值上近似相等，这样就可用湿球温度t”代替绝热饱和温度,简化许多计

算。

3、理解湿空气的H—I图的制成原理，包括了哪些参数，熟练应用H-I图查找状态点(由已知两个状态

参数查状态点的作图法，如已知干湿球温度查状态点等)，查露点，分析状态变化过程及相关的计算

(熟练间壁式加热和冷却以及冷却减湿过程，不同状态的混合过程，绝热过程)。

H-I图是在一定的总压下制得，一般常压P=101330Pa,纵坐标为湿度H,横坐标为蜡I,为表达清楚,

横坐标和纵坐标夹角为135。，横坐标为斜轴。

(1)等湿度线(等H线)群：为平行于纵坐标的线群

(2)等焰线(等I线)群：为平行于横坐标(斜轴)的线群

(3)等干球温度线(等t^/=(1.88r+2491)H+1.0k

当t为一定值时,I和H为直线关系，不同的t直线斜率不同。

(4)等相对湿度线(等巾线)：当。值为某一定值时，H与成曲线，0s而又是

温度t的函数，算出若干组H和t的对应关系，描绘在H—I坐标中，即为等01线，同

理得其他等小线。

(5)蒸气分压线pv=——)—

0.622+H

H—I图的说明与应用

根据空气任意两个独立参数，先在H-I图上确定空气状态点，然后查取其他状态

参数。如图，只要知道任意两参数，既可确定A位置，从而，得到其他参数。

若已知湿空气的一对参数t—t"、t—td、t-。,求湿空气的状态点，作图方法

如下：

4、掌握物料湿基水分，干基水分，平衡水分（平衡湿度）的定义。理解物料的平衡水分与

介质的H、t、相对湿度等有何关系？

湿基含水量w：单位质量的湿物料中所含液态湿分的质量。

物料所含液态湿份的质量啊

w=----------------------=-------

湿物料的质量GC+WT

干基水含量X：单位质量的绝干物料中所含液态湿分的质量。

=物料所含液态湿份的质量=可

■一绝干物料的质量—3

平衡水分：当物料与一定状态的空气接触后，物料将释出或吸入水分，最终达到恒定的含水量，若空气状

态恒定，则物料将永远维持这么多的含水量，不会因接触时间延长而改变，这种恒定的含水量称为该物料

在固定空气状态下的平衡水分.

关系（1）：空气的相对湿度较小,平衡水分越低,能够被干燥除去的水分越多，当夕,=0时,各种物料的平衡水

分都为零,即湿物料只有与绝干空气相接触才能被干燥成绝干物料.

（2）:物料的平衡含水量随空气温度升高而略有减少.

5、理解影响干燥速度的因素，掌握理论干燥过程概念。

恒速干燥段：物料表面湿润，X>Xc,汽化的是非结合水分。干燥速率由湿份汽化速率控制（取决于物料外

部的干燥条件）

降速干燥段：降速段干燥速率取决于湿份与物料的结合方式，以及物料的

结构，物料外部的干燥条件对其影响不大。

影响干燥过程的主要因素

1）物料尺寸和气固接触方式

物料尺寸：

减小物料尺寸，干燥面积增大，干燥速率加快。

气固接触方式：

（a）干燥介质平行掠过物料层表面（差）；

（b）干燥介质自上而下穿过物料层，不能形成流化床（中）；

（c）干燥介质自下而上穿过物料层，可形成流化床（好）。

2）干燥介质条件

通过强化外部干燥条件（增大t,减小H,增大u）来增加传热传质推动力，减小气膜阻力，可提

高恒速段（表面汽化控制）的干燥速率，但对降速段（内部扩散控制）的改善不大。

强化干燥条件将使Xc增加，更多水分将在降速段汽化。

气体温度的提高受热源条件和物料耐热性的限制。

增大u,减小H,需使用更大量的气体，干燥过程能耗增加。

3）物料本性

物料本性不影响恒速段的干燥速率；

物料结构不同，与水分的结合方式、结合力的强弱不同，降速段干燥速率差异很大。

强化干燥速率时，须考虑物料本性。若恒速段速率太快，有些物料会变形、开裂或表面结硬壳；而在降速

段则应考虑物料的耐热性，如热敏性物料不能采用过高温度的气体作为干燥介质。

6、理解干燥速度、干燥曲线、干燥速度曲线、恒速干燥、降速干燥的概念。

干燥速率U：干燥器单位时间内在物料单位表面积上汽化的湿分量（kg湿分/（m"s））。微分形式为

2

U=--=-^~式中：N——干燥器的干燥速率，kg/（m.s）;

SdrSS——物料表面积，即干燥面积，m'。

干燥曲线：物料湿含量X及物料表面温度与干燥时间r的关系曲线。

干燥速率曲线：干燥速率〃或干燥通量”与湿含量X的关系曲线。干燥过程的特征在干燥速率曲线上更

为直观。

恒速干燥段：物料温度恒定在t.,变化呈直线关系，气体传给物料的热量全部用于湿份汽化，干燥

速度为常数。

降速干燥段：物料开始升温，X变化减慢，气体传给物料的热量仅部分用于湿份汽化，其余用于物料升温，

当x=刀，入干燥速度逐级降低。

7、掌握热风干燥的各种操作流程及在H—I图上的表示。

参见教材

8、掌握热风干燥的有关计算（物料衡算、热量衡算，并结合H-I图及湿空气的有关状态

参数及状态变化过程）。

物料衡算：（1）水分蒸发量WW=Gt-G2=G（X1-X2）=LCH2-H1）（Kg水/S）

（2）绝干气体消耗量：L=卬=G（x「xj（Kg绝干空气/s）

H2-HiH2-H,

,_L_1

l==

单位空气消耗量，绝干气体比消耗：W~H^H]（Kg绝干空气/kg水）

厂_G（1-四）

（3）干燥产品流量Gz：。广（Kg/s）

热量衡算：

1）空气预热器传给气体的热量为乌=乙（/「/。），如果空气在间壁换热器中进行加热，则其

湿度不变，*=以,即ZMLCHOAT。）通过预热器的热量衡算，结合传热基本方程式，可以

求得间壁换热空气预热器的传热面积。

2）向干燥器补充的热量Q,:在连续稳定操作条件下，系统无热量积累，单位时间内（以1

秒钟为基准）：LIi+GI；+Qd=LI2+GI'2+Q,erf=£（A-Z,）+Gc（Z；-Z；）+2;

3）干燥系统消耗的总热量

汽化湿分所需要的热量:Q,,=W（%+c/-c/）加热固体产品所需要的热量：Q,“=G72（%-4）

放空热损失：0，=%/。侑7。）总热量衡算：Q=Qp+Qd=Qw+Qm+Q1+Qr

即干燥系统的总热量消耗于：1）加热空气；2）蒸发水分；3）加热湿物料；4）损失于周围

环境中。

9、理解干燥热效率及影响干燥效率的因素。理解干燥器热效率的计算。

影响因素：（1）物料尺寸和气固接触方式：

1）物料尺寸：减小物料尺寸，干燥面积增大，干燥速率加快。

2）气固接触方式：（a）干燥介质平行掠过物料层表面（差）；（b）干燥介质自上而下穿过物料层，不

能形成流化床（中）；（c）干燥介质自下而上穿过物料层，可形成流化床（好）。

（2）干燥介质条件：

1）通过强化外部干燥条件「3Tu）来增加传热传质推动力，减小气膜阻力，可提高恒速段（表

面汽化控制）的干燥速率，但对降速段（内部扩散控制）的改善不大。

2）强化干燥条件将使Xc增加，更多水分将在降速段汽化。3）气体温度的提高受热源条件和物料耐热

性的限制。4）Tu,U,需使用更大量的气体，干燥过程能耗增加。

⑶物料本性：

1）物料本性不影响恒速段的干燥速率；

2）物料结构不同，与水分的结合方式、结合力的强弱不同，降速段干燥速率差异很大。3）强化干燥速

率时，须考虑物料本性。若恒速段速率太快，有些物料会变形、开裂或表面结硬壳；而在降速段则应

考虑物料的耐热性，如热敏性物料不能采用过高温度的气体作为干燥介质。

干燥热效率的计算：*,蒸发水分所需的热量

/一向干燥系统输入的总热量

10、了解常见干燥器类型，基本结构和特点。

常见干燥器：厢式（室式）干燥器、洞道式干燥器、带式干燥器、气流干燥器、流化床干燥器、沸腾制粒

干燥器、振动流化床干燥器、喷雾干燥器、转筒干燥器、双锥回转真空干燥机、旋转闪蒸干燥机。

1、厢式（室式）干燥器

厢式干燥器的特点：对各种物料的适应性强，但物料得不到分散，气固两相接触不好，干燥时间长。

可用多孔底板浅盘，使气体自上而下穿流通过物料层（穿流型厢式干燥器），以提高干燥速率。

优点：对物料适应性强，可以用于各种物料的干燥，适用于小规模多品种、干燥条件变动大的场合。

缺点：热效率较低，产品质量不易均匀。

2、带式干燥器

结构及原理:将物料通过布料机构（如星型布料器、摆动带、粉碎机或造粒机）分布在输送带（多为网

状)上，输送带通过一个或几个加热单元组成的通道，每个加热单元均配有空气加热和循环系统，每一个

通道有一个或几个排湿系统，在输送带通过时，热空气从上往下或从下往上通过输送带上的物料，从而使

物料能均匀干燥。传送带可以做成多层，带宽b3m,长为4-50m,干燥时间为UT20分钟.

优点：干燥过程中物料翻动少，对晶体形状保持完好，适用于处理粒状、块状和纤维状物料；

缺点：热效率较低，生产能力较小。

3、气流干燥器

(1)干燥速度快，固体物料分散悬浮在气流中，气固两相间具有很大的传热传质面积。热气体进口速度

高(20-40m/s),气固两相间(尤其是加速段)相对速度很大，平均体积传热系数ha为3000-7000W/(n?・K),

比其它类型干燥器高几倍至几十倍，同等生产能力条件下，气流干燥器的体积小得多。

(2)气固并流操作，符合干燥基本规律，即在恒速段干燥条件十分强烈，而在降速段内扩散控制时，温

和的干燥条件正好与之相适应，可以使用高温气体作为干燥介质而不会烧坏物料。

(3)干燥时间短，物料从进入干燥器开始，到气固两相脱离接触，整个干燥过程不超过1秒钟，因而气

流干燥又称为快速干燥或闪蒸干燥，特别适合于热敏性物料的干燥。

(4)气流干燥器中，固体物料呈活塞流流动，每一颗粒子经历的干燥时间大致相同，因而干燥产品的湿

含量均匀一致。

(5)结构简单，设备投资少，占地面积小，操作方便，性能稳定，维修量小。

气流干燥器的缺点：

(1)物料停留时间短，只适合于干燥非结合水分的干燥，故常被用作物料的预干燥；

(2)颗粒破碎现象比较严重，颗粒之间以及颗粒与器壁之间的碰撞与摩擦。故不适合于干燥晶形不允许破

坏的物料；

(3)气固两相分离任务很重，固体产品的放空损失较大，粉料排空对环境造成一定污染；

(4)气固两相接触时间短，传热不充分，气体放空损失大，热效率较低；

(5)气体通过干燥系统的流动阻力较大，因而风机的动力消耗较高，故总能耗较高。

4、流化床干燥器

特点：

(1)气流干燥与流态化干燥的区别在于操作气速不同。气流管中颗粒浓度较低，流化层中颗粒浓度较大；

(2)操作气速低，但颗粒浓度高，气固接触面积很大，颗粒剧烈运动使气膜受到强烈冲刷，表面更新速率

很快，传热传质速率很高，体积传热系数ha可达2300~7000W/(m3•K)；

(3)物料颗粒的剧烈运动和相互混合使床内各处的温度均匀一致，避免了物料的局部过热，为物料的优质

干燥提供了条件；

(4)物料停留时间任意可调，特别适合于干燥结合水分；

(5)连续操作时物料的停留时间分布很不均匀，部分物料因停留时间过短而干燥不充分，部分颗粒因停留

时间过长而过分干燥。单层流化床仅用于对产品湿含量的均匀性要求不高的场合，如硫镂、磷镂和氯化镂

等的干燥。

5、沸腾制粒干燥器

特点：

(1)粉末制粒后，改善了流动性，减少了粉尘的飞扬，同时获得了溶解性良好的产品；

(2)由于混合、制粒、干燥过程一次完成，热效率高；

(4)产品的粒度能自由调节；

(5)设备无死角，卸料快速、安全、清洗方便。

6、振动流化床干燥器

特点：

(1)物料受热均匀，热交换充分，干燥强度高，比普通干燥器节能30%左右；

(2)流态化稳定，无死角和吹穿现象；

(3)可调性好，适应面宽，料层厚度和在机内移动速度以及振幅变更均可实现无级调节；

(4)对物料表面损伤小，可用于易碎、颗粒不规则物料的干燥；

(5)全封闭结构可有效防止物料与空气间的交叉污染。

7、喷雾干燥器

优点：

(1)干燥速度快，干燥时间短，特别适合于热敏性物料；由液体直接得到干燥产品，无需蒸发、结晶、固

液机械分离等操作，故又称为一步干燥法。

(2)改变操作条件可控制或调节产品质量指标；

(3)可将产品制成颗粒状或空心状，产品溶解性好；

缺点：

(1)体积传热系数很低，加约为30~90W/m2・K,水分汽化强度仅为10~20kg/n?•h,故干燥器体积庞大，

热效率较低，动力消耗较大。

(2)常发生粘壁现象，影响产品质量。

8、转筒干燥器

特点：

(1)机械化程度较高，生产能力较大；

(2)干燥介质通过转筒的阻力较小；

(3)对物料的适应性较强，操作稳定方便，运行费用较低；

(4)装置比较笨重，金属耗材多，传动机构复杂，维修量较大;

(5)设备投资高，占地面积大。

第12章其他分离方法

12.1结晶学习要求

1、掌握结晶的基本概念，理解在液一一固相平衡图上分析结晶操作原理。

结晶：结晶是固体物质以晶体状态从蒸汽、溶液或熔融物中析出的过程，是获得高纯度固体物质的单元操

作。

原理：熔融结晶是根据带分离物质之间的凝固点不同而实现物质介质分离的过程，主要应用于有机物的分

离提纯。

图6-8双组分低共熔系固液相图，E点一低共熔点，

EB线上方熔融液X点冷却至Y点，开始析出B的晶体；

X点在AE线上方熔融液冷却则析出A的晶体；

图12-12双组分固体溶液物系因液机图

结晶过程分类：溶液结晶、熔融结晶、升华结晶、沉淀结晶。

结晶过程

第一步：成核过程：产生微小的但能够成长的小晶体。

第二步：晶核成长：以形成的微小晶体为核心，成长为宏观晶体。

结晶推动力：溶液的过饱和度。

晶浆(晶糊)：结晶出的晶体和余下的溶液的混合物。

母液：从晶浆中去掉晶体后剩下的液体。

结晶的质量指标——晶体大小和晶粒分布。

2、掌握结晶核形成的必要条件，掌握工业上晶核形成(起晶)的方法有哪几种，理解其原理和特点。

结晶核形成的必要条件：

(1)建立过饱和度并控制过饱和度

(2)从母液中分离成长达到预期大小的晶体

工业上晶核形成(起晶)的方法：

(1)晶种起晶法：在介稳区投入一定大小和数量的晶种粉体；

(2)自然起晶法：在不稳区下均相成核和非均相成核

(3)二次起晶法：晶核形成于结晶液中已经存在的大量晶体。二次起晶因操作稳定、易控制，并可在低饱

和读下进行，被广泛应用。

3、掌握结晶中建立过饱和溶液的方法种类和原理。

(1)冷却结晶：(不移除溶剂的结晶)：a)间接换热冷却结晶--通过间壁式换热冷却来实现过饱和度(过

冷度)；b)直接换热冷却结晶通过冷却介质与母液直接混合冷却来实现过饱和度(过冷度)

(2)移除部分溶剂结晶：a)蒸发结晶一使溶液在常压(沸点温度)或减压(低于正常沸点)下蒸发，部

分溶剂汽化，从而获得过饱和溶液，此法适用于溶解度随温度变化不大的物系；b)真空冷却结晶--是溶

液在较高真空度下绝热闪蒸的方法，在此方法中，溶液经历的是绝热等焙过程，在部分溶剂被蒸发的同时，

溶液也冷却，因此，此法实质上兼有蒸发结晶和冷却结晶共有特点，适用于具有中等溶解度物系的结晶。

4、理解晶核形成、晶体成长过程及其影响因素。

1.晶核形成：成核

晶核一一直径大于某一临界半径能够成长的微小晶体。

1)成核的方式：

自然成核：均相初级成核和非均相初级成核；

二次成核：在已有晶体条件下产生的晶核。

2)工业上成核(起晶)的方法：

(1)晶种起晶法：在介稳区投入一定大小和数量的晶种粉体。

(2)自然起晶法：在不稳区下均相成核和非均相成核；

(3)二次起晶法：晶核形成于结晶液中已经存在的大量晶体。

二次起晶因操作稳定、易控制，并可在低饱和读下进行，被广泛应用。

3)影响成核(速度)的因素

⑴溶液推动力△(：:ACt,成核(速度)f——晶核多

但晶核过多，晶粒小，产品质量I——推动力ac应适当。

(2)机械作用的影响：一般搅拌，成核(速度)t，但其机理不祥；震荡、超声波、电磁场等对其也有影

响。

(3)杂质影响：可能增加成核(速度)，也可能减少成核(速度)，没普遍规律。

2.晶体的成长

晶核形成后,溶质质点会继续一层一层地在晶体表面有序排列，晶体将长大一一晶体的成长。

晶体的成长推动力一一过饱和度

晶体的成长过程，分三步：

(D扩散过程：溶质质点主流体晶体表面扩散。

(2)表面反应过程：溶质质点从晶体表面嵌入晶面，放出热量。

(3)传热过程：结晶热传向主流体.

3.影响晶体的成长的因素

(1)溶液推动力4C:ACf(饱和度高)，晶体的成长速度t因晶核多一一得到晶体颗粒多，晶粒小的产

品。AC!(饱和度底)晶体的成长速度受抑，一一得到晶体颗粒少，晶粒大的产品。(过冷度对其影响一致)

(2)温度的影响：温度通过对扩散速度、溶解度、粘度等的影响来影响结晶，影响大，但无普遍规律；

(3)机械作用的影响：一般搅拌，成长速度)t,但其机理不祥；流动等对其也有影响。

(4)杂质及媒晶剂的影响：有的杂质可能在特定晶面上有吸附作用，不仅影响到晶体成长，还会使晶体

发生变形，成为异型晶体(如食盐为立方形，添加